ch.2.极限状态设计原理.ppt

钢筋混凝土结构及砌体结构 第二章 极限状态设计原理 刘汾涛 主讲 主 要 内 容 极限状态设计原则 结构的作用、作用效应和结构抗力 概率统计极限状态设计方法 两种极限状态表达式 思考题 2.1 极限状态设计原则 一、建筑结构的功能要求 安全性 建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用.且在设计规定的偶然事件发生时及发生后,结构应能保持必需的整体稳定性. 适用性 建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等. 耐久性 建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得过宽而引起钢筋锈蚀等. 三者统称为结构的可靠性 2.1 极限状态设计原则 二、结构可靠度 结构可靠性 是指结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力。 规定的时间 分析结构可靠度时考虑各项基本变量与时间关系所取用的设计基准期，一般取50年. 规定条件 结构正常设计、正常施工、正常使用和维修的条件. 预定功能 满足安全性、适用性、耐久性的要求,如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等. 2.1 极限状态设计原则 三、结构的极限状态 结构的极限状态 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。 《建筑结构可靠度设计统一标准》将结构的极限状态分为两类： 承载能力极限状态 正常使用极限状态 承载能力极限状态 ——结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形. 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆或滑移等)。 结构构件或连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏) ,或因塑性变形过大而不适于继续承载. 结构转变为机动体系而丧失了承载能力. 结构或构件因达到临界荷载而丧失稳定. 正常使用极限状态 ——结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。 影响正常使用或外观的变形 如吊车梁变形过大导致吊车不能正常行驶,梁挠度过大影响外观等。 影响正常使用或耐久性能的局部损坏 如水池池壁开裂漏水不能正常使用,裂缝过宽导致钢筋锈蚀等。 影响正常使用的振动 如由于机器振动而导致结构的振幅超过按正常使用要求所规定的限位等。 影响正常使用的其它特定状态 如相对沉降量过大等。 四、结构的极限状态方程 结构极限状态方程可写为： Z=R-S=0 当Z＞0时， 结构处于 可靠状态； 当Z＝0时， 结构处于 极限状态； 当Z＜0时， 结构处于 失效状态。 一、结构的作用和作用效应S 作用的概念和类型 概念: 使结构产生内力和变形的所有原因. 类型: 直接作用——以力的形式作用在结构上，也称为荷载，如楼面荷载、风荷载等. 间接作用——以变形的形式作用于结构上，如地震、混凝土收缩、温度变形等. 荷载类型 结构上的荷载可分成三类： 永久荷载—在结构使用期内其值随时间因素的变化不大,或其变化与其平均值相比可以忽略的荷载,如自重、永久设备. 可变荷载—在结构使用期内，其值随时间变化，且其变化与其平均值相比不可忽略的荷载,如楼面活荷载、风载. 偶然荷载—在设计使用期内不一定出现,一旦出现其值很大且持续时间很短的荷载,如地震、撞击. 荷载是一个随机变量，在结构设计时，应根据各种极限状态的设计要求取用不同的荷载值，以满足不同可靠度的要求。 荷载标准值（查规范）：荷载的基本代表值，是指结构在其使用期间的正常情况下可能出现的最大荷载值，即保证95%的荷载不会超过标准值。 荷载准永久值： 是指可变荷载在结构使用期内经常达到或超过的荷载值,其实质是考虑荷载的长期作用效应而对标准值的一种折减。 荷载设计值 荷载分项系数:考虑荷载超过标准值的可能性及对不同变异性荷载可能造成结构计算时可靠度严重不一致的调整系数. 永久荷载分项系数?G：1.2 可变荷载分项系数?Q : 1.4 荷载设计值：荷载标准值和分项系数的乘积 。 荷载组合值 当结构承受两种或两种以上可变荷载时,承载能力极限状态按基本组合设计和正常使用极限状态按标准组合设计采用的可变荷载代表值。 为荷载标准值和荷载组合系数的乘积. 作用效应 概念：结构构件在各种因素的作用下，产生的内力和变形，如轴力、弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝等。作用效应和作用都是随机变量。 作用效应与作用的关系： 2.2 结构的作用、作用效应和结构抗力 材料强度的标准值 fk 在材料强度实测值总体中，强度的标准值应具有不小于95％的保